常用结构材料介绍.pptx

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1、第五章第五章常用结构材料常用结构材料简介简介钢铁碳素钢合金钢金属材料黑色金属材料有色金属材料灰口铸铁球墨铸铁白口铸铁Cu、Al、TiTi、Mg合金碳素结构钢碳素结构钢优质碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢碳素工具钢铸造碳钢铸造碳钢碳素钢成分成分(GB/T 13304-91)(GB/T 13304-91)合金元素CrMnMoNiSiTiWV最大含量wt.0.301.000.050.300.500.050.100.04按成分分类按成分分类低碳钢中碳钢高碳钢一般质量钢优质钢高级优质钢wc0.25%wc0.25-0.60%wc0.60%wS0.050%wP0.045%wS0.035%wP0.035%w

2、S0.020%wP0.030%按用途分类按用途分类碳素钢碳素钢碳素结构钢碳素结构钢优质碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢碳素工具钢铸造碳钢铸造碳钢碳素结构钢牌号：-b脱氧方法：沸腾钢；b半镇静钢质量等级：、屈屈服点s主要牌号及应用牌号Q195Q215Q235Q255Q275主要应用举例受载荷较小的钢丝、开口销、钉子、拉杆、焊接件铆钉、短轴、拉杆、垫圈、渗碳件、焊接件连杆、螺栓、螺母、轴类支架、角钢、槽钢、工字钢、圆钢、焊接件轴类、吊钩、型钢轴、齿轮wc0.06-0.38%常用热处理：一般不热处理，直接使用碳素钢碳素结构钢碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢铸造碳钢钢合金钢Q235-AF AQ23

3、5-AF A级沸腾钢级沸腾钢优质碳素结构钢牌号：45平均含碳量的万分数。数字后加F表示沸腾钢 加Mn表示含Mn量较高。牌号08F、1015、20、25（碳素渗碳钢）30、35、40、45、50（碳素调质钢）55、60、65、65Mn（碳素弹簧钢）性能特点强度低、塑性好强度较低、塑性韧性较好渗碳后获得外表硬度高、心部韧性好的零件强度、塑性、韧性配合较好经调质后可获得优良的综合力学性能强度高、塑性低淬火中温回火处理后有较好的弹性应用举例冷冲压件、焊接件负载不大的轴、销、齿轮、垫片及渗碳件轴类、齿轮、紧固件、要求不高的外表淬火件简单的耐磨件、简单的弹簧、钢丝绳等wc0.05-0.75%常用热处理：正

4、火、调质、淬火、回火、渗碳碳素钢碳素结构钢碳素结构钢优质碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢铸造碳钢随含C量提高，强度增大，塑性降低性能调节方法：渗碳、回火钢合金钢碳素工具钢牌号：T10A碳平均含碳量的千分数。数字后加A表示高级优质碳素工具钢wc0.65-1.35%常用热处理：球化退火、淬火、低温回火主要牌号：T7、T8、T9、T10、T11、T12、T13性能特点：热处理后，硬度、耐磨性高；塑性、韧性低；淬透性差主要应用：小截面刃具、模具碳素钢碳素结构钢碳素结构钢优质碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢碳素工具钢铸造碳钢钢合金钢T8MnAT8MnA，含，含C%=0.8%C%=0.8%、含、含Mn

5、Mn、高级、高级P P、S S含量低于一般优质碳素工具钢含量低于一般优质碳素工具钢铸造碳钢牌号：ZG200-400铸钢sbwc0.15-0.60%主要牌号：ZG200-400,ZG230-450,ZG270-500,ZG310-570,ZG340-640主要应用：形状复杂、力学性能要求高、铸铁难以满足的零件碳素钢碳素结构钢碳素结构钢优质碳素结构钢优质碳素结构钢碳素工具钢碳素工具钢铸造碳钢钢合金钢合金钢主要合金元素Al、Co、Si、Cu、Mo、Ni、Cr、Mn合金元素的主要作用细化晶粒细化晶粒固溶强化（形成合金渗碳体或特殊碳化物）固溶强化（形成合金渗碳体或特殊碳化物）提高淬透性提高淬透性提高回火

6、稳定性提高回火稳定性获得室温奥氏体（奥氏体不锈钢）获得室温奥氏体（奥氏体不锈钢）合金钢调质钢机器结构钢工程结构钢渗碳钢渗碳钢合金结构钢合金工具钢合金工具钢低合金结构钢锅炉用钢造船用钢刃具钢弹簧钢弹簧钢轴承钢轴承钢易切削钢耐候钢模具钢量具钢高强度钢耐蚀钢耐热钢特殊性能钢特殊性能钢耐磨钢碳素钢钢合金钢工程结构钢成分特点 低含碳量（wc0.2%）根据不同要求添加合金 元素，总量3%用途建筑、船舶、桥梁、运输工具、高压容器、军工性能要求 一定的综合力学性能和屈强比 良好的压力加工和焊接性能 耐侯性和耐冷脆性级别300MPa350MPa400MPa450MPa500MPa650MPa牌号12Mn 09M

7、nNb16Mn12MnPRe16MnNb10MnNbRe14MnVTiRe15MnVN14MnMoVBRe18MnMoNb14CrMnMoVB用途船舶、低压锅炉、容器、油罐桥梁、车辆船舶、桥梁、车辆、大型容器、大型钢结构、起重机械建筑结构、船舶、化工容器桥梁、起重机港口工程结构、造船、石油井架桥梁、高压容器、电站设备、大型船舶大型焊接结构、大桥、造船、车辆中温高压容器(500C)锅炉、化工、石油的高压厚壁容器(1.0%时不标注。高速钢不标注含碳量合金结构钢合金工具钢合金工具钢特殊性能钢碳素钢钢合金钢刃具钢刃具钢模具钢模具钢量具钢量具钢特殊性能钢合金结构钢合金工具钢合金工具钢高强度钢耐蚀钢耐热钢

8、特殊性能钢特殊性能钢耐磨钢碳素钢钢合金钢易切削钢铸铁分类、特点及应用其它铸铁：可锻铸铁，冷硬铸铁，耐磨铸铁，耐热铸铁，耐蚀铸铁紫铜紫铜纯铜纯铜(紫铜紫铜)FCC=8.94 g/cm3Tm=1083 C性能特点性能特点 塑性好，可进行各种冷热加工塑性好，可进行各种冷热加工 导电、导热、耐腐蚀导电、导热、耐腐蚀 无磁性无磁性 强度低，强度低，b=230-240MPa黄铜黄铜 Cu-ZnCu-Zn基合金基合金，wZn=050 wt%易加工成形易加工成形 良好的机械性能良好的机械性能 耐大气、海水腐蚀耐大气、海水腐蚀 色泽美丽，价格低廉色泽美丽，价格低廉青铜青铜 以以ZnZn、NiNi外的其他元素外的

9、其他元素作为主要合金元素的作为主要合金元素的Cu合金合金锡青铜：锡青铜：QSn4-3,QSn7-0.2 具有高强度、耐磨性和弹性具有高强度、耐磨性和弹性 适用于制造弹性元件、滑动轴承、齿轮及艺术品适用于制造弹性元件、滑动轴承、齿轮及艺术品铝青铜：铝青铜：QAl9-4,QAl10-4-4 价格低，是重要的结构材料价格低，是重要的结构材料 适用于制造齿轮、轴套等零件适用于制造齿轮、轴套等零件铍青铜：铍青铜：QBe2,QBe1.7 高强度、高弹性、高疲劳强度；良好的耐磨性、抗腐蚀、导电导热高强度、高弹性、高疲劳强度；良好的耐磨性、抗腐蚀、导电导热 无冲击火花无冲击火花 可以时效强化，是优良的弹性材料

10、可以时效强化，是优良的弹性材料 可制造高级精密弹簧、膜片、轴承、齿轮等可制造高级精密弹簧、膜片、轴承、齿轮等铝合金铝合金纯铝纯铝 银白色，银白色，2.7 g/cm3，FCC，Tm=660.24 C 强度低，导电导热性优良，仅次于强度低，导电导热性优良，仅次于Ag、Cu 主要用于制造电线、电缆主要用于制造电线、电缆铝合金铝合金 主要合金元素有主要合金元素有Si、Cu、Mg、Zn、Mn 一般用作结构材料一般用作结构材料 平衡相平衡相AlAl2 2CuCu正方结构，完全正方结构，完全脱离母相，丧失了与基体的共脱离母相，丧失了与基体的共格关系，合金硬度、强度下降格关系，合金硬度、强度下降Al-Cu合金

11、的时效序列固溶处理后：Al(Cu)过饱和固溶体时效序列：Al(Cu)G.P.区 欠时效 时效峰值过时效G.P.区经淬火后的铝合金强度、硬度随时间延长而发生显著提高，称之为时效，或时效硬化实质是第二相Al2Cu从过饱和固溶体中沉淀的过程富铜区。铜原子富铜区。铜原子在在(100)(100)晶面上偏晶面上偏聚，呈圆片状聚，呈圆片状正方结构，正方结构，在在(001)(001)面上与基面上与基体铝共格体铝共格铝合金应用铝合金应用铝合金功放面板铝合金发动机压气机叶轮铝合金散热器铝合金支架铝铰链铝合金型材铝锂合金模锻件钛及钛合金钛及钛合金纯纯 钛钛 4.54 g/cm3，Tm=1668 C 室温室温882.

12、5 C:HCP (-Ti)882.5 C熔点熔点:BCC(-Ti)强度低，韧性、塑性好强度低，韧性、塑性好钛合金主要应用钛合金主要应用航空、航天、机械、医疗、化工航空、航天、机械、医疗、化工以以TC4、TB5、TB6、TB8、TA15、TC16等等为为代表的代表的高强钛合金减轻了高强钛合金减轻了结构重量，提高了战机作战性能结构重量，提高了战机作战性能飞机钛合金接头飞机活动腹鳍前接头飞机承力框异型筒状零件超高强钛合金钛合金机翼接头钛合金应用钛合金应用水泥、混凝土水泥、混凝土水泥水泥(Cement)可通过化学反响将颗粒黏结成整体的物质可通过化学反响将颗粒黏结成整体的物质混凝土混凝土(Concret

13、e)由水泥将颗粒由水泥将颗粒(石子、沙子石子、沙子)黏结成的一个整体黏结成的一个整体混凝土力学性能混凝土力学性能抗拉强度、比强度、塑性低抗拉强度、比强度、塑性低价廉、加工性好、节能价廉、加工性好、节能烧结产物为砖铝酸钙铁铝酸钙成分 石灰石 C 粘 土 S2AH2 氧化铁 F石灰石/粘土=3/1加氧化铁可降低熔点，降低窑炉温度石灰石+粘土+氧化铁 烧结1500 CC3A+C2S+C3S+C4AF+CO2硅酸三钙石,A-水泥石斜硅钙石,B-水泥石水化反响层水泥水泥凝胶层混合水化反应相互衔接的脊柱硬化反响实际强度来自于硬化反响及其所形成的相互衔接的脊柱水泥强度水泥强度水化反响硬化反响陶瓷陶瓷广义定义

14、为无机非金属材料，一般认为必须含晶相广义定义为无机非金属材料，一般认为必须含晶相氧化铝氧化铝Al2O3高强度、高硬度、高刚度、高热稳定高强度、高硬度、高刚度、高热稳定性性氧化镁氧化镁MgO高热稳定性高热稳定性多铝红柱多铝红柱石石Al6Si2O13低热膨胀系数、高热稳定性低热膨胀系数、高热稳定性石石 英英SiO2低密度、透明低密度、透明氧化锆氧化锆ZrO2高韧性高韧性 石石C极高强度、极高硬度、极高刚度、低热膨极高强度、极高硬度、极高刚度、低热膨胀系数、透明胀系数、透明石石 墨墨C极高强度、极高刚度、低热膨胀系数极高强度、极高刚度、低热膨胀系数 砂砂SiC 高强度、高硬度、高刚度高强度、高硬度、

15、高刚度碳化钨碳化钨WC 高强度、高硬度高强度、高硬度氮化硼氮化硼BN极高强度、极高硬度、极高刚度极高强度、极高硬度、极高刚度氮化硅氮化硅Si3N4高强度、高硬度、高刚度、高热稳定性高强度、高硬度、高刚度、高热稳定性氧化物碳化物氮化物玻璃玻璃玻璃的三种主要用途示例玻璃的三种主要用途示例窗玻璃、液晶显示器、光纤窗玻璃、液晶显示器、光纤应用应用1.民用民用建筑玻璃、汽车挡风玻璃、装饰玻璃等建筑玻璃、汽车挡风玻璃、装饰玻璃等2.光学光学透镜、滤光片等透镜、滤光片等3.高科技高科技光纤、光存、生物医用光纤、光存、生物医用非晶态无机非金属材料非晶态无机非金属材料石英玻璃石英玻璃SiO2高纯度石英玻璃用于光

16、纤高纯度石英玻璃用于光纤一般玻璃一般玻璃SiO2-Na2O-CaO标准玻璃标准玻璃本钱低、易加工，用于瓶本钱低、易加工，用于瓶子、窗户子、窗户硼硅酸盐硼硅酸盐玻璃玻璃SiO2-B2O3热胀系数低，用于要求热热胀系数低，用于要求热冲击强度高的场合冲击强度高的场合如实验室玻璃器皿如实验室玻璃器皿铅玻璃铅玻璃SiO2-PbO具有高折光指数，荣耀鲜具有高折光指数，荣耀鲜艳艳工程常用玻璃工程常用玻璃工程常用玻璃工程常用玻璃玻璃瓶生产玻璃瓶生产高分子材料高分子材料常用工程高分子材料：塑料、橡胶、常用工程高分子材料：塑料、橡胶、胶粘剂、高分子基复合材料胶粘剂、高分子基复合材料常用天然高分子材料：橡胶、木头、

17、常用天然高分子材料：橡胶、木头、竹子竹子.高分子材料优、缺点：高分子材料优、缺点：低密度：低密度：0.93 g/cm3 原料丰富、价廉原料丰富、价廉 容易成型加工容易成型加工 良好电绝缘、热绝缘性良好电绝缘、热绝缘性 低强度低强度 低弹性模量低弹性模量 低韧性（低韧性（K KICIC值低）值低）耐热性差耐热性差 易蠕变老化易蠕变老化应用应用复合材料的运用伴随着人类开展的历史复合材料的运用伴随着人类开展的历史 自古到今：运用草、泥土、石头、沙子混合的材料建造房子自古到今：运用草、泥土、石头、沙子混合的材料建造房子 木头是一种典型的复合材料：微纤维增强木质素木头是一种典型的复合材料：微纤维增强木质

18、素 人体骨头也是一种复合材料：羟基磷灰石纳米微晶人体骨头也是一种复合材料：羟基磷灰石纳米微晶 增强蛋白质胶原质增强蛋白质胶原质 复合材料在现代工业，特别是航空业上有广泛的应用复合材料在现代工业，特别是航空业上有广泛的应用结构、分类结构、分类复合材料由两相组成复合材料由两相组成基基 体：金属、陶瓷、高分子体：金属、陶瓷、高分子 作用是传递载荷、保护增强体作用是传递载荷、保护增强体增强体：纤维（长纤维、短纤维）、颗粒增强体：纤维（长纤维、短纤维）、颗粒 作用是承受载荷作用是承受载荷SiC颗粒增强Al基复合材料SiC纤维增强陶瓷复合材料C纤维增强高分子基复合材料其它其它短纤维定向排列短纤维随机排列长纤维增强颗粒增强Ni/MgO性能优势性能优势复合材料综合了增强体高强度、高刚度和基体高塑性的优势复合材料综合了增强体高强度、高刚度和基体高塑性的优势优点优点 高强度、高刚度高强度、高刚度 重量轻重量轻 高比强度、比弹性模量高比强度、比弹性模量 高耐磨性、高耐腐蚀性高耐磨性、高耐腐蚀性 高冲击韧性高冲击韧性缺点缺点制备技术复杂制备技术复杂价格昂贵价格昂贵演讲完毕，谢谢观看！